离心鼓风机内部流场数值模拟及结构优化

发布时间：2017-08-08 06:15

  本文关键词：离心鼓风机内部流场数值模拟及结构优化

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【摘要】：我国传统的离心式鼓风机产品,采用的是一元流和二元流设计理论,而离心鼓风机内部流场实际上是非常复杂的三维非定常、粘性、湍流流动,如此导致目前鼓风机产品效率普遍不高,有待优化设计。本研究基于D250-11型离心鼓风机的改造,采用计算流体力学软件Fluent对离心鼓风机内部流场进行了整机全工况的数值模拟,计算得到了离心鼓风机的性能曲线,并根据鼓风机内部流场情况对叶轮内部参数和蜗壳型线进行了改进优化,提高了鼓风机整机压比和效率。本文主要工作和结论如下:1)以设计体积流量为4 0 0 m3/m i n的D 2 5 0-11型离心鼓风机为研究对象,将整个鼓风机流体域划分为进口部分、叶轮部分、蜗壳部分,分别用Soldworks建立三维实体几何模型,然后通过ICEM-CFD完成网格离散化,并建立完整的数值计算模型。2)运用计算流体力学软件F l u e n t完成了鼓风机整机全工况数值计算,根据数值计算得出的各相关参数,绘制出鼓风机性能曲线,通过与实验测试的性能曲线对比显示,数值模拟得到出口静压力相对误差小于3%,多变效率相对误差小于2%,验证了数值模型的合理性和模拟结果的可靠性。3)运用上文的数值计算模型,计算得出全工况下的多变效率、全压效率和叶轮的有效功率,研究鼓风机在不同叶轮参数(叶片数、叶片出口角、转速)下的全工况气动性能。其中最优化结果是改型叶片出口角为57°时,在设计工况点400m3/min,离心鼓风机多变效率提高1.239%,出口静压力提高1846.0Pa,全压效率提高0.532%,轴功率提高11.83k W。4)运用上文的数值计算模型,研究鼓风机在不同蜗壳截面形状(圆形截面、偏心蜗壳、贝塞尔曲线蜗壳)下的全工况气动性能,结果表明:改型后的鼓风机性能曲线都向大流量方向偏移,其中最优化结果是改型锥角为45°贝塞尔曲线蜗壳,在设计工况点400m3/min,离心鼓风机出口静压力提高1090.3Pa,多变效率提高4.212%,全压效率提高3.947%,轴功率减小3.85k W。
【关键词】：离心鼓风机 流场 数值计算 结构优化 多变效率
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH442
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 离心风机内部流动的研究现状11-15
• 1.3 本文的主要工作15-16
• 第二章 离心鼓风机内部流场数值模拟16-22
• 2.1 离心鼓风机内部三维流场数值求解方法16-17
• 2.2 离心鼓风机的基本参数17-18
• 2.3 离心鼓风机模型建立和网格实体生成18-21
• 2.3.1 鼓风机的基本结构和计算模型18-19
• 2.3.2 控制方程和湍流模型19-20
• 2.3.3 网格划分以及无关性验证20-21
• 2.4 数值计算方法与边界条件设置21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 离心鼓风机数值模拟准确性验证及结果分析22-34
• 3.1 离心鼓风机原型在整个运行工况的性能分析22-24
• 3.2 离心鼓风机不同工况点的数值模拟流场结果详细分析24-33
• 3.2.1 内部流场的压力（表压）图分析24-26
• 3.2.2 内部流场的速度和相对速度矢量图分析26-28
• 3.2.3 内部流场的温度图分析28-29
• 3.2.4 叶轮内部的矢量图分析29-31
• 3.2.5 整机内部的矢量图分析31-33
• 3.2.6 叶片上静压力分布XY数值图分析33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 离心鼓风机叶轮内部参数优化34-49
• 4.1 转速对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟34-36
• 4.2 叶片数对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟36-39
• 4.3 叶轮为20个叶片数下不同出口角的数值模拟39-42
• 4.4 叶片出口角对离心鼓风机整机性能影响的数值模拟42-45
• 4.5 叶轮综合优化后的结果45-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第五章 离心鼓风机蜗壳优化49-74
• 5.1 采用圆蜗壳形状时49-54
• 5.1.1 采用圆形蜗壳后的全工况数值模拟结果50-52
• 5.1.2 在设计压升 20000Pa的工况时的流场详细分析52-54
• 5.2 采用偏心蜗壳时54-60
• 5.2.1 采用偏心蜗壳后的全工况数值模拟结果55-58
• 5.2.2 在设计压升 20000Pa的工况时的流场详细分析58-60
• 5.3 蜗壳锥角为 35℃时60-65
• 5.3.1 采用 35°锥角蜗壳后的全工况数值模拟结果61-63
• 5.3.2 在设计压升 20000Pa的工况时的流场详细分析63-65
• 5.4 蜗壳锥角为 45℃时65-70
• 5.4.1 采用 45°锥角蜗壳后的全工况数值模拟结果66-68
• 5.4.2 在设计压升 20000Pa的工况时的流场详细分析68-70
• 5.5 蜗壳综合优化70-73
• 5.6 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 附录: 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与科研项目80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘立军,徐忠;离心压气机无叶扩压器内部流动的实验测量和数值分析[J];西安交通大学学报;2001年03期

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本文编号：638546